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发泡水泥实际使用中的问题及强度

发泡水泥又称为轻质混凝土或泡沫混凝土等,是一种利废、环保、节能、低廉且具有轻质高强、不吸水、不燃性的新型建筑节能材料,可用作屋面保温隔热、地暖及地面垫层和内隔墙及外墙保温等。

发泡水泥通常是用机械或压缩空气的方法将泡沫剂的水溶液制备成泡沫,再将泡沫加入到含硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂等组成的料浆中,经混合搅拌、浇筑成型、养护而成的一种内部含有大量封闭气孔的混凝土。

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实际应用中的问题

 

(1) 强度低、干缩大及吸水率高等缺点是阻碍发泡水泥进一步发展的主要原因。

 

密度(小于300kg/m3)的超轻发泡水泥具有良好的保温和隔音等性能,但其抗压强度极低,表面易开裂,导致混凝土的吸水率增加,从而影响工程质量;强度较高的发泡水泥,其密度一般较大,从而具有较低的保温和隔音等性能。因此,应使发泡水泥的强度及其密度之间保持平衡,即降低密度的前提下最大程度地提高强度,可通过优选胶凝材料和超轻骨料,并选用高质量发泡剂来实现。

 

(2) 生产设备问题。

 

国内发泡水泥生产施工的机械设备无统一的标准机型,并且水泥净浆配比、泡沫混合比例及泡沫料浆湿密度等仍靠人工经验调配,导致无法精确计量,浆体密度难以控制等问题。我国应尽快开发研制自动化、大型化和加工精良化的生产设备。

 

(3) 与国外相比,我国发泡水泥制品整体规模偏小,技术水平不高,没有大宗应用的主导产品。因此,应加强发泡水泥在预制品和现浇方面的技术创新,如钢结构现浇墙体和框架结构发泡水泥墙体等,并且在电磁屏蔽、抗爆和吸声等高技术领域推广其应用。

 

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影响强度三大因素

 

与普通混凝土一样,发泡水泥的强度并不是一个固定的数值,不同的胶凝材料种类、水泥用量、混凝土配合比、水灰比、泡沫用量(不同的体积质量)、发泡剂、养护制度及其他外加剂的采用与否等都影响发泡水泥的强度。我们就对水灰比、配合比及外加剂的选择三大因素做重点讨论。


1、水灰比的影响

 

在普通混凝土的制备中,混凝土的强度随成型水灰比的减小而增大,但在发泡水泥试验中发现的情况却不尽相同。

 

1) 在浆体的流动性主要依靠外加剂的用量来控制时(即浆体已经具备良好的流动性),随着水灰比的减小,强度增大;反之,减小。分析原因:随着水灰比的减小,水泥中的游离水量减少,发泡水泥的吸水率降低,有效增加了发泡水泥强度;但当水灰比继续降低时,由于水泥水化的需水量不足会吸收泡沫中的水分,使得泡沫破裂,从而引起封闭气泡数量减少和水泥均匀性下降,造成强度降低。

 

2) 在浆体的流动性主要依靠水的用量来控制时,随着水灰比的增大,强度增大;反之,减小。

 

 

分析原因:

 

较高的成型水灰比,保证了浆料的良好流动性,能确保将泡沫均匀引入到水泥浆料中并均匀分布,从而实现强度的增长。相反,水灰比的降低,浆体材料流动性不足,将引起气泡分布不均,从而降低水泥的强度。

 

综合以上情况,发泡水泥的水灰比对强度的影响是多方面的,应结合具体情况具体分析,调整水灰比的大小,使发泡水泥内部材料结构均匀而多封闭独立气泡是提高发泡水泥强度的重要途径。

 

2、配合比的影响

 

发泡水泥制备时可以单独采用水泥,也可能同时采用除水泥以外的混合材(如硅灰、矿渣、粉煤灰等),还可能同时采用细集料 (砂子)。

 

第一种情况:单独采用水泥时相对简单,所用水泥的强度等级越高、用量越多,制备的发泡水泥强度也就越大。所以,当希望制备较高强度的发泡水泥时,需要选择高强度等级的水泥。

 

第二种情况:混合材料的引入会导致发泡水泥早期强度的显著降低,而对后期强度影响不大。如果填入适当的强度激发剂,则可有效减缓前期强度降低。实际施工中往往以同时掺用混合材料和砂子的情况最为多见,因此,发泡水泥的配合比存在一个适宜的范围,需要根据试验确定。

 

3、外加剂用量的影响

 

发泡水泥使用的外加剂主要包括水泥强度激发剂、减水剂和发泡剂。

 

 

水泥发泡剂

 

从发泡水泥的制备原理分析,利用发泡剂引入大量气孔赋予其普通混凝土所没有的轻质、隔音、保温、高流动性等功能是发泡水泥制备的基础;但从结构和力学的角度看,同时也引起结构致密性大大降低,从而降低了发泡水泥的强度。那么,如何将发泡剂的用量控制在既能实现轻质、隔音、保温和高流动性等功能,同时水泥强度又不低于预期目标是发泡水泥生产科研的一个新课题。

 

能产生泡沫的物质很多,但并非所有能产生泡沫的物质都可以用作发泡剂。只有发泡倍数足够大,在泡沫和浆料混合时薄膜不致破坏,具有足够的稳定性,对胶凝材料的凝结和硬化不起有害影响的发泡剂,才适合用来生产发泡水泥。

 

水泥发泡剂对发泡水泥强度的影响主要体现在泡沫的尺寸、均匀性(尺寸均匀性和分布均匀性)、泡沫的稳定性、发泡能力等。要求发泡剂的发泡能力强、密度低、单位携水量小,泡沫牢固、细小、均匀分布,对发泡水泥的副作用小。

 

 

水泥强度激发剂

 

水泥强度激发剂主要在水泥混合材的场合采用,可以减轻发泡水泥早期强度降低的程度。但是,使用激发剂往往会降低发泡水泥的最终强度。

 

 

减水剂

 

混凝土减水剂使发泡水泥即使在较低水灰比下仍然能够顺利完成浆料与泡沫的混合,制备出泡沫分布均匀的发泡水泥。所以,掺加适量的高效减水剂是制备高强发泡水泥的重要手段之一。但是,因为减水剂的价格比较贵而且有些减水剂与发泡剂在某些性能方面有相反的作用,所以减水剂的种类和添加量必须由试验确定。

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